柔らかい高次構造を生かした集積分子素子の設計

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 63580211
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 猪飼 篤 東京工業大学, 理学部, 教授 (50011713)
• キーワード: タンパク質の高次構造 / 生体分子デバイス / 多機能タンパク質 / 多機能酵素 / バイオテクノロジ-

研究概要

本年度の研究は主として集積素子として生体内で機能を発揮している脂肪酸合成酵素の活性発現におけるタンパク質の動きと溶媒である水の間の流体力学的カップリングを研究した。方法は酵素活性が基質濃度に依存しない状態で溶媒の粘性と活性の関係を測定し、まずグリセロ-ルを増粘性物質として水に添加して活性を測定した場合、活性は溶媒粘度の-1乗に比例し変化した。この事は本酵素の活性発現における律速段階の分子レベルの動きが溶媒分子と流体力学的カップリングをしていることを示す。さらに増粘性物質の分子量を大きくして巨視的な粘性と微視的な粘性の違いを大きくすると酵素活性は次第に巨視的な粘性には依存しなくなる。この関係を定量的に扱うと酵素のどのような大きさの部分が律速段階の化学反応にカップルして動いているかを推定することができることがわかった。このこと自体はタンパク質の動的揺らぎ構造と機能の関係を描き出す上で非常に有益な情報である。またこの方法を完成させることにより動く部分の大きさや動きの早さが推定できるようになることはタンパク質物理化学の分野で画期的な問題提起となる。しかし、この結果を集積素子の設計の立場から眺めると、分子レベルでの各要素素子の働きが機械的な動きを伴う酵素反応のようなものの時、溶媒粘性とのカップリングの結果システム全体の動きが流体力学的制限を受け、応答速度がかなり遅くなる。応答速度の早い素子を作るためにはタンパク質の動きを伴わない反応機構を利用しなくてはならない。この観点から人工的にタンパク質を組み合わせた電子伝達回路を設計し機能させる研究を始めている。

研究成果

• [文献書誌] Kitamaoto T.,Sasaki,T.& Ikai,A.: "Structure of fatty acid synthetase from the Harderian gland of guinea pig." J.Mol.Biol.203. 183-195 (1988)
• [文献書誌] Arakawa,H.,Nishigai,M.& Ikai,A.: "Alpha-2-macroglobulin traps a proteinase in the mid-region of its arms:an immunoelectron microscopic study." J.Biol.Chem.264. 2350-2356 (1989)
• [文献書誌] Kyushiki,H.& Ikai,A.: "Negative functional interference between two actve centers is indicated in animal fatty acid synthetase." Biochem.Biophys.Res.Commun.164. 831-836 (1989)
• [文献書誌] Kyshiki,H.& Ikai,A.: "Effect of solvent viscosity on the rate determining step of mammalian fatty acid synthetase." Proteins:Structure,Function and Genetics. (1990)
• [文献書誌] Ikai,A.,Nishigai,M.,Saito,A.,Sinohara,H.,Muto,Y.& Arata,Y.: "Electron microscopic demonstration of a common structural motif in the human complement factor C3 and rat alpha-1-inhibitor 3." FEBS Letters. (1990)
• [文献書誌] Ikai,A.Kikuchi,M.& Nishigai,M.: "Internal structure of ovomacroglobulin." J.Biol.Chem.(1990)